Thèse soutenue

Visualisation de la supraconductivité chirale en UPt3
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Auteur / Autrice : Pablo Garcia Campos
Direction : Klaus Hasselbach
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Physique de la matière condensée et du rayonnement
Date : Soutenance le 20/12/2021
Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physique (Grenoble ; 1991-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Néel (Grenoble)
Jury : Président / Présidente : Yann Gallais
Examinateurs / Examinatrices : Thierry Klein, Manuel Houzet
Rapporteurs / Rapporteuses : Beena Kalisky, Hermann Suderow Rodriguez

Mots clés

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Mots clés contrôlés

Résumé

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Mon travail de thèse porte sur les mesures magnétiques à échelle local des supraconducteurs UPt3 et PdTe2 avec un microscope à SQUID.Un SQUID est un dispositif supraconducteur en forme de boucle avec un courant critique qui dépend du flux magnétique qui lui traverse, en ayant une périodicité de Phi0=2.07e-15 Wb (un quantum de flux). Le microscope a une régulation the champ proche, ce qui permet de mesurer la topographie de l’échantillon et balayer le SQUID a quelque centaines de nm de la surface.Pendant ces 3 ans, j’ai étudie principalement deux supraconducteurs: UPt3 and PdTe2.UPt3 est un fermion lourd (masses effectives des électrons sont plus large qu’un électron libre) qui devient supraconducteur à T_c=550 mK. Le diagramme de phase T-H présent 3 phases supraconductrices différentes, où le paramètre d’ordre change de symétrie. Cela peut arriver dans un supraconducteur chiral sous la présence d’un champ briseur de symétrie, qui est souvent attribué à l’ordre antiferromagnétique à T_N=5 K. Dans ce cadre, la phase à bas températures et à bas champs d’UPt3 présente deux états fondamentaux dégénérés, avec différente chiralité. Le matériau peut présenter soit un seul domaine d’un état fondamental qui couvre tout l’échantillon, soit plusieurs domaines de différente chiralité. Dans ce dernier cas, la distribution de champ magnétique autour de la parois de domaine n’est pas évidente: le flux magnétique a tendance à s’accumuler dans un coté de la parois de domaine tandis que l’autre coté présente une manque de flux, et l’existence de structures contenant une fraction du quantum de flux est possible. Cela est possible grâce à l’interaction des état supraconducteurs des deux domaines.Des domaines supraconducteurs ont été révélés dans la phase à bas champ-bas températures, avec des parois de domaines décorés par le flux magnétique. Cette distribution n’est possible que si il existe des autres courants que celles d’ecrantage: des courants chiraux. Dans cette même phase et à très bas champs, j’ai quantifié un vortex, ce qui nous a permit d’identifier des vortices portant la moitié d’un quantum de flux. Cela démontre l’état chiral de cette phase.L’autre compose est PdTe2, qui devient supraconducteur à une température de 1.6 K. Des mesures thermodynamiques et des expérimentes de rotation de spin de muons proposent supraconductivité de type-I, que c’est inusuel pour de composés binaires. Par contre, mesures de microscopie tunnel à balayage et de spectroscopie à contact sur point ont observé des vortex en supportant l’existence de supraconductivité de type-II.Les mesures réalisés avec notre microscope révèlent la présence d’état intermédiaire: zones normales (non supraconductrices) dans l’état supraconducteur, mais contenant plus qu’un quantum de flux. Quand le champ pénètre l’échantillon, le flux magnétique est arrangé en structures normales plus ou moins cylindriques qui tend à former un réseau. Par contre, en augmentant le champ appliqué, ces structures fusionnent et forment des bandes, qui augmentent de taille jusqu’à la supraconductivité disparaît. On a aussi fréquentement observé des zones supraconductrices enfermées par zones normales, cela s’appelle branchement. Les résultats de nos expériments sur PdTe2 montrent supraconductivité de type-I avec l’existence de l’état intermédiaire.Avec l’objective d’améliorer le microscope, j’ai aussi travaillé sur le développement de nouvelles sondes. Les SQUIDs actuels sont hystérétiques à cause de l’haute résistance, ce qui implique une méthode de mesure très lente. Les nouveaux SQUIDs auront un couche métallique en parallèle de la couche supraconductrice: SQUIDs shuntés, ce qui réduit énormément la résistance et simplifie la méthode de mesure. La sensibilité de SQUIDs mesures est ordres de magnitude pire que celle des travaux préliminaires et elle est au niveau des SQUIDs hystérétiques. Le développement de ces SQUIDs doit être continué.